Java - Programmierung für Android. Leibniz Universität IT Services Anja Aue

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1 Java - Programmierung für Android Leibniz Universität IT Services Anja Aue

2 Bücher Dirk Luis / Peter Müller: Android Thomas Künneth: Android 5: Apps entwickeln mit Android Studio Dawn Griffiths, David Griffiths: Head First Android Development Dirk Luis / Peter Müller: Java. Der umfassende Programmierkurs Java und Android Seite 2

3 Tutorials im Web %C3%A4nger_Workshop Java und Android Seite 3

4 Android Betriebssystem für mobile Geräte basierend auf einer besonderen Variante von Linux. Software-Plattform für mobile Geräte. Java und Android Seite 4

5 Android Platforms Verschiedene Android Versionen für Anwendungen auf mobilen Geräten. Ordner Android android-sdk platforms. Passende Bibliothek (android.jar). Java und Android Seite 5

6 Architektur Anwendungsschicht Application Framework Android-Laufzeitumgebung Bibliotheken Linux-Kernel Java und Android Seite 6

7 Anwendungsschicht Android-Anwendungen für mobile Geräte (Tablet, Smartphone, ). Drittanbieter-Anwendungen. Eigene Anwendungen. Java und Android Seite 7

8 Application Framework Interaktion zwischen der Applikation und der Laufzeitumgebung von Android. Kontrolle des Lebenszyklus von Activities sowie deren Ablage auf dem Stack (Activity Manager). Verwaltung von Ressourcen (Resource Manager). Ressourcen können String-Konstanten, Schriftgrößen, Bilder und so weiter sein. Daten publizieren und Daten mit anderen Apps teilen (Content Manager). Benutzeroberflächen (View System). Java und Android Seite 8

9 Linux-Kernel Embedded Linux. Power Management. Wenn keine Anwendung Strom verbraucht, verbraucht auch die CPU kein Strom. Binder. Jede Android-Anwendung ist ein Prozess. Die Prozesse tauschen per Interprozesskommunikation nur Referenzen auf Objekte aus. Zugriffsberechtigung. Virtuelle Speicherverwaltung. Java und Android Seite 9

10 Android-Laufzeitumgebung App Smartphone App Tablet App... Application Framework Laufzeit-Bibliotheken Dalvik Virtual Machine Bibliotheken Linux Java und Android Seite 10

11 Dalvik Virtual Machine Interpreter von Code. Jede Android-Anwendung läuft in einem eigenen Prozess und auf einer eigenen virtuellen Maschine. Java und Android Seite 11

12 Bibliotheken Oberflächen-Manager. Jede Aufgabe wird in einem Frame / auf einer Bildschirmseite dargestellt. Grafik-Bibliotheken. Datenbank-Bibliotheken (SQLite). Standard-C-Bibliothek Bionic. Java und Android Seite 12

13 Komponenten einer App Activity. Service. ContentProvider. BroadcastReceiver. Intents. Java und Android Seite 13

14 Content Provider Management von shared data. Zugriff einer App auf die Daten, die zum Beispiel in Dateien oder Datenbanken gespeichert sind. Java und Android Seite 14

15 Service Im Hintergrund laufende Aktivitäten. Zum Beispiel Abspielen von Musik. Funktionalitäten für andere Apps. Ein Service benötigt keine Benutzeroberfläche. Java und Android Seite 15

16 BroadcastReceiver Nachrichten wie zum Beispiel: Das Gerät muss aufgeladen werden. Verarbeitung von Nachrichten im Hintergrund. Definition im Android-Manifest. Java und Android Seite 16

17 Activity Eine Bildschirmseite (View) plus Code. Interaktion mit dem Benutzer über eine Benutzeroberfläche. Eine App besteht aus mehreren Activities. Die gestartete Activity wird oben auf einem Stapel abgelegt. Durch die Schaltlfäche zurück wird die, auf dem Stapel oberste Activity entfernt und die zuvor aktive Activity wird gestartet. Jede Activity kann mit Hilfe von Intents von jeder App auf einem Android-Gerät aufgerufen werden. Java und Android Seite 17

18 Lebenszyklus einer Activity Java und Android Seite 18

19 Intents Beantworten folgende Fragen: Was soll getan werden? Wer ist betroffen? Was passiert gerade? Nachrichten, die eine Activity, Service oder BroadcastReceiver aktiviert. Java und Android Seite 19

20 Explizite Intents Nachrichten an eine bestimmte Klasse. Starten von Activitys aus einer anderen heraus in der selben Applikation. Die zu startende Activity wird angegeben. Java und Android Seite 20

21 Implizite Intents Mit Hilfe von bestimmten Informationen in dem Android- Manifest wählt das System aus, welche Komponente ausgeführt werden soll. Jede Activity legt in der Android-Manifest-Datei Filter für den den impliziten Aufruf fest.. Java und Android Seite 21

22 Beispiel Gehe zu Activity B Intent Zeige Text Activity A Activity B Java und Android Seite 22

23 Benötigte Software Java Runtime Environment (JRE) Download: Die JRE hat die gleiche Bit-Version wie die Entwicklungsumgebung. Android SDK. Download: Java und Android Seite 23

24 Java Runtime Environment (JRE) Ausführung von Java-Programmen. Java API. Standard-Klassenbibliotheken. Java Virtual Machine (JVM). Interpreter in der Laufzeitumgebung für den Java-Bytecode. Java-Compiler Hotspot. Zur Laufzeit wird der Bytecode in Maschinencode umgesetzt, Speichermanagement des Java-Programms. Speicherfreigabe durch den Garbage Collector. Java und Android Seite 24

25 Android SDK Das Android Software Development Kit basiert auf Java. Sammlung von Tools und Bibliotheken zur Android- Entwicklung. SDK Manager: Installation der verschiedenen Pakete. AVD Manager. Emulation der verschiedenen Geräte. Java und Android Seite 25

26 SDK Manager Java und Android Seite 26

27 Installation / Update von Paketen Für jede Android-Version ist ein Package vorhanden. Ein Package kann vollständig oder in Teilen installiert werden. Der SDK-Manager muss mit Administrator-Rechten ausgeführt werden. Java und Android Seite 27

28 AVD Manager Java und Android Seite 28

29 Erläuterung Anzeige von zu emulierenden Android-Geräten.. Virtuelle Android-Geräte definieren (Create). Vorhandene virtuelle Geräte bearbeiten (Edit). Virtuelles Gerät starten (Start). Java und Android Seite 29

30 Neues virtuelles Gerät einrichten Java und Android Seite 30

31 Erläuterung AVD Name. Frei wählbare Bezeichnung für die Emulation. Device. Welches Gerät soll emuliert werden? Hier: 4 WVGA. 480 x 800. Target. Welche Version soll emuliert werden? Hier: Android 2.2. Skins. Oberflächen für den Emulators. Hier: HVGA. SD Card. Größe der SD Card. Hier: 200 MiB. Snapshot beschleunigt das nochmalige Laden der Emulation. Java und Android Seite 31

32 Auswahl der Versionen Android 2.2 (API 8). Minimum für ein heutiges Android-Gerät. Extras - Google USB Driver wird benötigt, um die entwickelte App direkt auf dem Smartphone oder Tablet zu testen. Java und Android Seite 32

33 Entwicklung mit Android Studio Download: Seit 2013 empfohlene Standard-IDE. Basiert auf IntelliJ IDEA. Benötigt eine ständige Internet-Verbindung. Java und Android Seite 33

34 Entwicklung mit NetBeans NetBeans. Download unter PlugIn für NetBeans. Download unter Java und Android Seite 34

35 Start von NetBeans Klick auf das Icon auf dem Desktop. Start Alle Programme NetBeans NetBeans IDE. Java und Android Seite 35

36 Startseite Java und Android Seite 36

37 Neuer Installationspfad für Plugins Tools Plugins. Registerkarte Settings. Add. Der Name ist frei wählbar. Als URL wird für Android eingetragen. Java und Android Seite 37

38 Plugin installieren Tools Plugins. Registerkarte Available Plugins. Auswahl von Android durch einen Klick in das Kästchen links vom Namen. Klick auf Install. Java und Android Seite 38

39 Angabe des Speicherortes Android SDK Tools Options. Ordner Miscellaneous. Registerkarte Android. Java und Android Seite 39

40 Fehlender Speicherort Java und Android Seite 40

41 Anlage eines neuen Projekts File New Project. Java und Android Seite 41

42 1. Schritt: Auswahl einer Projektkategorie Categories Android. Projects Android Project. Das Grundgerüst für eine Android App wird automatisiert erstellt. Java und Android Seite 42

43 2. Schritt: Angaben zum Projekt Java und Android Seite 43

44 Angaben zum Projekt Der Projektname ist frei wählbar. Die Bezeichung spiegelt den Namen der App wieder. Als Speicherort wird der Standard angezeigt. Mit Hilfe der Schaltfläche Browse kann der Pfad verändert werden. Der Ordner setzt sich aus dem Speicherort und dem Namen des Projektes zusammen. Java und Android Seite 44

45 Angabe zu Android Der Packetname ist frei wählbar. Im unteren Bereich wird eine Android-Plattform für die Entwicklung ausgewählt. Mit Hilfe von Manage Android SDK kann der Pfad zum Android SDK eingestellt werden. Java und Android Seite 45

46 Android-Plattform Alle virtuellen Devices aus dem AVD Manager. Google API basiert auf Android 5 und stellt Dienste wie zum Beispiel Google Maps zur Verfügung. Java und Android Seite 46

47 Paketname Der Paketname besteht aus mindestens zwei Wörtern. Die Wörter werden mit einem Punkt verbunden. Jedes Wort symbolisiert einen Unterordner im Ordner src. Paketnamen werden traditionell kleingeschrieben. Häufig wird ein Domainname in umgekehrter Reihenfolge genutzt wie zum Beispiel de.meinewebseite.hallo. Der Name ist zwingend erforderlich. Der Name ist eindeutig. Java und Android Seite 47

48 Projekt erstellen Run Build Project (ProjectName). Das Projekt (die App) wird erstellt. Run Clean and Build Project (ProjectName). Das Projekt (die App) wird erneut erstellt. Vorherige Einstellungen werden entfernt. Java und Android Seite 48

49 Projekt starten (Windows 7) Run Run Project (ProjectName). Das Projekt (die App) wird ausgeführt. Der App-Emulator wird automatisch entsprechend der Einstellungen des Projektes gestartet. Eventuell muss das Smartphone durch Wischen mit der Maus freigeschaltet werden. Java und Android Seite 49

50 Projekt starten (Windows 8.1) Der AVD-Manager wird geöffnet. Die gewünschte Emulation wird mit Hilfe von Start geladen. Sobald die Emulation vollständig geladen ist, muss eventuell das Smartphone durch Wischen mit der Maus freigegeben werden. Das Menü Run Run Project (ProjectName) in Netbeans startet das neu entwickelte Projekt (die App). Java und Android Seite 50

51 Hinweis Solange an dem Projekt in NetBeans gearbeitet wird, sollte der Emulator nicht geschlossen werden. Java und Android Seite 51

52 Eigenschaften eines Projekts File Project Properties (ProjectName). Die Registerkarte General legt das Zielgerät fest (erstellt mit dem SDK Manager). Die Registerkarte Run zeigt das zu emulierende Gerät an (erstellt mit dem AVD Manager). Die zu startende Activity wird festgelegt. Java und Android Seite 52

53 Projekt schließen File Close Project (ProjectName). Java und Android Seite 53

54 Benutzeroberfläche Java und Android Seite 54

55 Aufbau der IDE In der Titelleiste wird der Name des Projekts angezeigt. Menüleiste. Symbolleiste für die wichtigsten Befehle. Mit Hilfe von View Toolbar können Symbolleisten ein- oder ausgeblendet werden. Diverse Fenster für den Code und Informationen zu dem Projekt. Java und Android Seite 55

56 Fenster in der IDE Mit Hilfe von Drag & Drop kann ein Fenstern unterhalb der Symbolleiste an einer beliebigen Position abgelegt werden. Mit Hilfe der Schaltfläche in der rechten oberen Ecke wird ein Fenster minimiert. Die Registerkarte wird am linken Rand der IDE angezeigt. Fenster bündeln mit Hilfe von Registerkarten die verschiedenen Informationen. Ein Fenster besitzt mindestens eine Registerkarte. Java und Android Seite 56

57 Registerkarten in einem Fenster Am oberen Rand der Registerkarte wird der Name und die Schließen- Schaltfläche angezeigt, Mit Hilfe von Drag & Drop kann eine Registerkarte von einem Fenster in ein anderes Fenster verschoben werden. Mit Hilfe des Menüs Window können die verschiedenen Registerkarten geöffnet werden. Java und Android Seite 57

58 Projekt-Explorer Die Registerkarte Projects zeigt die Struktur des gewählten Projektes an. Im Ordner Source Packages befindet sich der Programmcode. Im Ordner Libraries wird immer die aktuell genutzte Standard-Bibliothek angezeigt. Im Ordner Ressources liegen Dateien im Format xml, die das Aussehen der App beeinflussen. Java und Android Seite 58

59 File-Explorer Die Registerkarte Files zeigt die Dateistruktur des gewählten Projektes an. Im Ordner src befindet sich der Programmcode. Der Ordner gen enthält automatisch generierte Daten. Der Ordner libs zeigt die Bibliotheken an. Im Ordner res / layout werden die, in XML definierten Layouts abgelegt. Java und Android Seite 59

60 Ordner src Quellcode einer App. Dateien mit der Endung.java. Pro datei darf nur eine Klasse definiert werden. Die definierte Klasse ist öffentlich (public). Die datei MainActivity wird automatisiert durch die Erstellung des Projektes angelegt. Die Datei bildet den Startpunkt der App ab. Java und Android Seite 60

61 Ordner gen Automatisch generierte Dateien. Die Dateien werden automatisiert bei der Erstellung der App verändert oder angepasst. Dateien im Ordner sollten nur angezeigt, aber nicht vom Entwickler verändert werden. Java und Android Seite 61

62 Manifest-Datei <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <manifest xmlns:android=" package="de.kurs.androidhallo" android:versioncode="1" android:versionname="1.0"> <application > <activity android:name="mainactivity" <intent-filter> <action android:name="android.intent.action.main" /> <category android:name="android.intent.category.launcher" /> </intent-filter> </activity> </application> </manifest> Java und Android Seite 62

63 Angaben in der Datei Welche Activities (<activity) werden ausgeführt? Mit welcher Activity wird die App gestartet (<action android:name="android.intent.action.main" />)? Wie lautet der Paketnamen (Attribut package in dem Element <manifest>)? Für welches Gerät ist die App geschrieben (android:targetsdkversion)? Auf welche Version kann die App gerade noch so ausgeführt werden (android:minsdkversion)? Java und Android Seite 63

64 Navigator Strukturierte Darstellung des Codes. Auflistung von Methoden und Felder in dem momentan angezeigten Quellcode. Java und Android Seite 64

65 Codefenster Java und Android Seite 65

66 Codefenster Inhalt einer Datei in einem Projekt. Mit Hilfe des Menüs Tools Options und der Registerkarte Editor und Fonts & Color kann das Codefenster angepasst werden. Java und Android Seite 66

67 Dateien mit der Endung *.java Java-Code. Als Standardschrift wird schwarz verwendet. Die Schlüsselwörter der Programmiersprache Java werden in blauer Schriftfarbe angezeigt. Die Kommentare werden in grauer Schrift dargestellt. Java und Android Seite 67

68 Dateien mit der Endung *.xml Extensible Markup Language. Darstellung des Layouts in hierarchischer Struktur. Definition von String-Konstanten, Schriftgrößen etc. Tags werden in blauer Schrift dargestellt. Attribute der Tags werden in grüner Schrift dargestellt. Als Standardschrift wird schwarz genutzt. Java und Android Seite 68

69 Arbeitsschritte zur Erstellung einer App Layout festlegen. Wie wird die App auf dem Anzeigegerät dargestellt? Bereitstellung von Ressourcen. Welche Ressourcen werden für die Funktion der App benötigt? Schreiben von Java-Code. Wie verhält sich die App? Testen der App. Läuft die App auf den gewünschten Zielgeräten? Java und Android Seite 69

70 Grundgerüst eines Java-Programms für Android package de.kurs.androidhallo; import android.app.activity; import android.os.bundle; public class MainActivity extends Activity { /** Called when the activity is first created. public void oncreate(bundle savedinstancestate) { super.oncreate(savedinstancestate); setcontentview(r.layout.main); } } Java und Android Seite 70

71 Grundgerüst eines Android-Programms Deklaration des Paketes Import der Bibliotheken Klasse Java und Android Seite 71

72 Anweisungen in Java package de.kurs.androidhallo; Jede Anweisung endet mit einem Semikolon. Das Semikolon beendet ein Schritt innerhalb eines Prozesses. Der Schritt wird in der Programmiersprache Java beschrieben. Pro Zeile sollte ein Arbeitsschritt beschrieben werden. Java und Android Seite 72

73 Packages package de.kurs.androidhallo; Organisation von Klassen und Schnittstellen in einer Art Verzeichnisbaum. Vermeidung von Namenskonflikten. Sammlung aller Klassen einer App. Verbergen von Klassenelementen, die nicht public sind. Der Name wird bei der Neuanlage des Projektes mit Hilfe des Assistenten eingegeben. Java und Android Seite 73

74 Hinweise Der Name sollte nur aus Buchstaben von A..Z oder a..z, den Zahlen 0..9 und dem Unterstrich zusammengesetzt werden. Mit Hilfe des Punktes werden die Namen hierarchisch geordnet. Der Punkt wird als Pfad-Trennzeichen genutzt. Für Packages wird häufig die umgekehrte Domain-Namen- Schreibweise genutzt. Java und Android Seite 74

75 import-anweisungen import android.app.activity; import android.os.bundle; Einbinden von Klassen aus der Android-Bibliothek. Die Klasse Activity ist in dem Paket android.app definiert. Die Klasse definiert verschiedene Methoden aus dem Lebenszyklus einer Activity. Die Klasse Bundle ist in dem Paket android.os definiert. Die Klasse stellt Methoden zum Datenaustausch zwischen verschiedenen Activities bereit. Java und Android Seite 75

76 Klassen in Java public class MainActivity extends Activity { } Jede Klasse hat im Klassenkopf das Schlüsselwort class. Der Klassenkopf zeigt den Namen der Klasse und den Zugriff auf die Klasse an. Der Klassenrumpf beginnt und endet mit den geschweiften Klammern. In dem Rumpf werden Attribute und Methoden definiert. Java und Android Seite 76

77 Klassenkopf public class MainActivity extends Activity { } Die Klasse hat den Namen MainActivity. Die Klasse erbt von der Klasse Activity (extends Activity) Die Klasse ist öffentlich (public). Die Klasse kann von außen aufgerufen werden. Java und Android Seite 77

78 Activity public void oncreate(bundle savedinstancestate) { super.oncreate(savedinstancestate); setcontentview(r.layout.main); } Die Methode oncreate muss für jede Activity implementiert werden. Die Methode erzeugt die Activity und zeigt deren Benutzeroberfläche an. Java und Android Seite 78

79 Überschreiben der Methode in der public void oncreate(bundle savedinstancestate) { super.oncreate(savedinstancestate); } super.oncreate() ruft die Methode oncreate() der Basisklasse auf. Der Platzhalter super verweist auf die Basisklasse Activity. In jeder überschriebenen Methode aus dem Lebenszyklus einer Activity muss die passende Methode aus der Basisklasse aufgerufen werden. Java und Android Seite 79

80 Einführung mit Java 5. Beginn mit einem Add-Zeichen. Weitergabe von Ist die Methode in der Basisklasse vorhanden? Falls nein, wird ein Kompilierfehler ausgegeben. Java und Android Seite 80

81 Festlegung des public void oncreate(bundle savedinstancestate) { } setcontentview(r.layout.main); Die Methode setcontentview() lädt das Layout der Benutzeroberfläche. Der Methode wird ein Verweis auf die dazugehörige Layout- Datei übergeben. Java und Android Seite 81

82 Verweis R.layout.main setcontentview(r.layout.main); R ist der Name einer Klasse, die automatisch erzeugt wird. Die Klasse übernimmt die Ressourcenverwaltung der App. Die Klasse R wird in der automatisch generierten Datei R.java definiert. In der Klasse R ist wiederum eine statische Klasse layout definiert. Diese Klasse verweist auf den Ordner res. In Klasse layout ist eine ID als Integer mit dem Namen main definiert. Diese ID verweist auf die xml-datei main.xml in dem Ordner res / layout. Java und Android Seite 82

83 Klasse R in der Datei R.java package de.tutorial.apphelloworld; public final class R { public static final class attr { } public static final class layout { public static final int main=0x7f020000; } public static final class string { public static final int app_name=0x7f030000; } } Java und Android Seite 83

84 Fehler R cannot resolved to a variable Bebehung durch Ausführen von Project Build Project (ProjectName). Der Klassenamen R wird vom Compiler fehlerhaft interpretiert. Java und Android Seite 84

85 Benutzeroberfläche in Main.xml <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <LinearLayout xmlns:android=" android:orientation="vertical" android:layout_width="fill_parent" android:layout_height="fill_parent" > <TextView android:layout_width="fill_parent" android:layout_height="wrap_content" android:text="hello World, MainActivity" /> </LinearLayout> Java und Android Seite 85

86 Hinweise XML-Dateien zur Gestaltung des Layouts werden in den Ordner res / layout abgelegt. XML-Elemente beginnen mit den den spitzen Klammern und enden mit den spitzen Klammern. Für jedes XML-Element wird aus der entsprechenden Android- Klasse ein Objekt erzeugt. Das erzeugte Objekt wird entsprechend der Angaben konfiguriert. Java und Android Seite 86

87 Hierarchischer Aufbau Als Wurzel wird immer eine Layout-Komponente angegeben. Die Elemente darunter werden entsprechend der Wurzel ausgerichtet. Java und Android Seite 87

88 Layout-Komponente LinearLayout Die Elemente der App werden wie Kisten aufeinander gestapelt. Durch die vertikale Orientierung wird ein Element pro Zeile angezeigt, egal wie breit es ist. In der Beispieldatei wird die Breite und Höhe des Eltern- Containers genutzt. Java und Android Seite 88

89 View Element auf einer Benutzeroberfläche / Bildschirmseite. Zeichenflächen. Rechteckige Bereiche, in die gezeichnet werden kann. Widgets. Steuerelemente wie Textfelder, Schaltflächen etc. sind in dem Paket android.widget definiert. Container-Views, die andere Views in sich aufnehmen können. Layout-Views, die andere Views zusammenfassen und in einem bestimmten Raster anordnen. Java und Android Seite 89

90 Anzeige eines Textes TextView In diesem Beispiel nutzt das Textfeld die gesamte Breite der Eltern (layout_width="fill_parent"). Die Höhe wird entsprechend des anzuzeigenden Textes gewählt (layout_height="wrap_content"). Der Text Hello World, MainActivity wird ausgegeben. Java und Android Seite 90

91 String-Variablen nutzen Der Wert wird als Text an das Attribut text des Elementes TextView übergeben Eine String-Variable beginnt mit dem Add-Zeichen. Die Variable ist in der Datei string.xml in dem Ordner res / value gespeichert. Der Name der Variablen und der Speicherort werden durch den Schrägstrich getrennt. Java und Android Seite 91

92 string.xml <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <resources> <string name="app_name">mainactivity</string> <string name="hello_world">guten Tag</string> </resources> Eine String-Variable beginnt mit dem Tag <string> und endet mit dem Tag </string>. Dem Attribut name wird die Bezeichnung der Variablen übergeben. Zwischen dem Anfangs- und Ende-Tag wird der dazugehörige Text angezeigt. Java und Android Seite 92

93 Erstellung des Bytecodes layout.xml (Aufbau der Benutzeroberfläche) strings.xml (String-Konstanten) Bytecode (*.class) R.java (Ressourcen- Konstanten) *.java (Activity) Java und Android Seite 93

94 Syntaxfehler in NetBeans Java und Android Seite 94

95 Kompilierung Bytecode (*.class) Tool dex Dalvik Executable Bytecode (*.dex) Java und Android Seite 95

96 Ausführbares Programm erstellen.dex Ressourcen AndroidManifest.xml Android Asset Packaging Tool (aapt) Android Package (*.apk) Java und Android Seite 96

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